第五节-吸声降噪

第五节吸声降噪5.1概述5.2多孔吸声材料5.3共振吸声结构5.4特殊吸声结构5.5吸声设计5.1概述5.1.1吸声与吸声材料的概念5.1.2吸声机理5.1.3吸声材料的基本类型5.1.4表示材料吸声性能的量5.1.5材料吸声性能的测量5.1.1吸声与吸声材料的概念吸声：声波通过媒质或入射到媒质分解面上时声能的减少过程，称为吸声或声吸收。材料吸声：当媒质的分界面为材料表面时，部分声能被吸收的现象，称为材料吸声。吸声材料：具有较大吸声能力的材料，称为吸声材料。5.1.2吸声机理粘滞性热传导效应5.1.3吸声材料的基本类型吸声材料多孔性吸声材料共振吸声结构特殊吸声结构纤维状颗粒状泡沫状穿孔板共振吸声结构单个共振器空间吸声体吸声尖劈薄膜共振吸声结构薄板共振吸声结构5.1.4表示材料吸声性能的量1.吸声系数2.吸声量1.吸声系数a.定义：材料吸收的声能与入射到材料上的总声能的比值。IiriirEEEEE11.吸声系数b.表示方法：考虑到入射方向的不同无规入射吸声系数垂直入射吸声系数数斜入射吸声系数1.吸声系数b.表示方法：◊考虑到频率特性：平均吸声系数:材料在不同频率的吸声系数的算术平均值。工程上常用125、250、500、1000、2000和4000Hz六个频率下测得的吸声系数的算术平均值表示。降噪系数(NRC)：是指250、500、1000和2000Hz的频率下测得的吸声系数的算术平均值。材料名称厚度密度腔厚频率（Hz）cmkg/m3cm125250500100020004000超细玻璃棉棉径4μm2200.040.080.290.660.660.664200.050.120.480.880.720.665150.050.240.720.970.900.9810150.110.850.880.830.930.97矿渣棉51750.250.330.700.760.890.97矿棉板，表面压纹打孔1.54000.060.150.460.830.820.781.540050.170.480.520.650.720.751.5400100.210.440.520.600.740.76甘蔗纤维板1.52200.060.190.420.420.470.5822200.090.190.260.370.230.21222050.300.190.200.180.220.31水玻璃膨胀珍珠岩10250-0.440.730.500.560.53-10350-450-0.450.650.590.620.68多孔材料的吸声系数α0材料名称厚度密度腔厚频率（Hz）cmkg/m3cm125250500100020004000水泥木丝板1.5470-0.050.170.310.490.370.661.547030.080.110.190.560.590.741.5470120.10.280.480.320.420.682.5470-0.060.130.280.490.720.852.547050.180.180.500.470.570.83工业毛毡1370-0.040.070.210.500.520.573370-0.100.280.550.600.600.595370-0.110.300.500.500.500.527370-0.180.350.430.500.530.54聚氨酯泡沫塑料345-0.070.140.470.880.700.77545-0.150.350.840.680.820.82845-0.200.400.950.900.980.85微孔砖50.150.400.570.480.600.61木纤维板1.33200.100.200.400.500.450.50多孔材料的吸声系数α02.吸声量表示方法：SA一个房间的总吸声量：iiiiiASA5.1.5材料吸声性能的测量测量方法用途优点缺点混响室法可测量声波无规入射时的吸声系数和单个物体吸声量。所测量的吸声系数和吸声量可在声学设计工程中应用。试件面积大，安装测量不方便。驻波管法可测量声波法向入射时的吸声系数和声阻抗率。只能用于不同材料和同种材料在不同情况下的吸声性能比较，不能测量共振吸声结构，亦不能在声学设计工程中直接使用。试件面积小，安装测量方便常用两种测量方法的比较5.1.5材料吸声性能的测量1.混响室法测吸声系数的测试原理：混响时间：声压级衰减60分贝的时间。房间内吸声量与混响时间有关（根据赛宾公式）：VmcTVA43.55A－总吸声量，m2；V－混响室体积，m3；c－声速，m/s；T－混响时间，s；m－室内空气吸收衰减系数。)43.55(43.5511122212VmTcVVmTcVAAA1.混响室法测吸声系数的测试原理安装吸声材料前后，房间的总吸声量的变化可表示为：若两次测量时间间隔短及室内温、湿度相差很小。可认为：mmmccc2121,以及)11(3.551212TTcVAAA所以：)11(3.5512TTcSVSAS1.混响室法测吸声系数的测试原理整个房间的吸声系数可表示为：2.驻波管法测吸声系数的测试原理2.驻波管法测吸声系数的测试原理220minmax0min0max)1(41)1()1(SSrppSrpprpp3.混响室法测吸声系数与驻波管法测吸声系数的换算：驻波管法测吸声系数0.100.200.300.400.500.600.700.80混响室法测吸声系数0.250.400.500.600.750.850.900.985.2多孔吸声材料5.2.1吸声机理5.2.2吸声材料构造特性5.2.3多孔吸声材料的吸声特性几种多孔性吸声材料5.2.1吸声机理5.2.2吸声材料构造特性材料的孔隙率要高，一般在70%以上，多数达到90%左右；孔隙应该尽可能细小，且均匀分布；微孔应该是相互贯通，而不是封闭的；微孔要向外敞开，使声波易于进入微孔内部。5.2.3多孔吸声材料的吸声特性αr－峰值吸声系数；αa－第一谷值吸声系数；fr－第一共振频率；fa－第一反共振频率；f2－吸声下限频率；Ω1－f2与fr之间的下半频带宽度；Ω2－fa与fr之间的上半频带宽度；2.影响材料吸声的因素a.材料的空气流阻b.材料的密度或孔隙率c.材料厚度的影响d.材料后空气层的影响e.材料装饰面的影响f.温度、湿度的影响a.材料的空气流阻（Rf）定义：在稳定气流状态下，吸声材料中的压力梯度与气流线速度之比。uPRf比流阻Rs：指单位厚度材料的流阻。过高空气穿透力降低过低因摩擦力、粘滞力引起的声能损耗降低吸声性能下降a.材料的空气流阻（Rf）1－材料流阻较低；2－材料流阻较大；3－材料流阻很大。a.材料的空气流阻（Rf）低Rf：低频段吸收很低，中、高频带吸收较好；高Rf：低频段有所提高，中、高频带明显下降。合理的Rs：Rs=1000/d，单位：瑞利/cm，d材料厚度，cm；或2ρ0cRf4ρ0c,即：800Rf1600瑞利（Pa.s/m）流阻描述多孔材料的透气性，一般可采用调整材料的体积密度来调节Rf。b.材料的密度或孔隙率孔隙率：材料中的空气体积与材料的总体积的比值。ρc－多孔材料的密度ρs－材料的密度scsmsmaVmVVP11c.材料厚度的影响c.材料厚度的影响c.材料厚度的影响比流阻Rs在102～103瑞利/cm时（松软而比重小），增加多孔材料厚度d，低频吸收效果明显改善；Rs达到105瑞利/cm时，增大d，达不到效果，表明密实的吸声材料不必太厚。材料种类木丝板玻璃棉矿渣棉纤维板泡沫塑料毛毡常用厚度2～55～155～151.3～22.5～50.4～0.5常见多孔材料厚度（cm）c.材料厚度的影响多孔吸声材料厚度的选定一般根据对低频的吸声要求来选定。对于同一种多孔材料，当体积密度一定时，共振频率与厚度的乘积（fr·d）决定吸声系数的大小。常用多孔材料的吸声特性材料名称体积密度(kg/m3)fr·d(kHz·cm)共振吸声系数αr下半频带宽度Ω(倍频程)备注超细玻璃棉152025~3035~405.04.02.5~3.02.00.90~0.990.90~0.990.80~0.900.70~0.804/34/312/3沥青玻璃棉毡1108.00.90~0.954/3~5/3沥青矿棉毡~1204.0~5.00.85~0.955/3聚氨酯泡沫塑料20~505.0~6.03.0~4.02.0~2.50.90~0.990.85~0.950.75~0.854/311流阻较低流阻较高流阻很高微孔吸声砖340~4503.00.804/3流阻较低木丝板280~6005.00.80~0.901例10为处理某室内以低频（125Hz）为主的噪声，要求使用体积密度为20kg/m3的超细玻璃棉作为吸声材料，使频率在125Hz以上的吸声系数达0.45，则材料厚度应设计为多少厘米？解：体积密度为20kg/m3的超细玻璃棉fr·d＝4.0kHz·cm，共振吸声系数αr为0.90以上，故α下限＝0.90/2＝0.45又下半频带宽度Ω＝（4/3）倍频程，故共振频率fr＝2Ω·f2=24/3·(125)＝315Hz所以，厚度d＝fr·d/fr＝4.0×1000/315＝12.7cmd.材料后空气层的影响e.材料装饰面的影响作用：保护吸声材料，防止污染环境。种类：护面网罩、纤维布、塑料薄膜和穿孔板等。要求：要有良好的通气性。f.温度、湿度的影响主要种类常用材料实例使用情况纤维材料有机纤维材料动物纤维：毛毡价格昂贵，使用较少。植物纤维：麻绒、海草、椰子丝防火、防潮性能差，原料来源广，便宜。无机纤维材料玻璃纤维：中粗棉、超细棉、玻璃棉毡吸声性能好，保温隔热，耐潮，但松散纤维易污染环境或难以加工成制品。矿渣棉：散棉、矿棉毡吸声性能好，不燃、耐腐蚀，易断成碎末，污染环境施工扎手。纤维材料制品软质木纤维板、矿棉吸声砖、岩棉吸声板、玻璃吸声板、木丝板、甘蔗板等装配式加工，多用于室内吸声。颗粒材料砌块矿渣吸声砖、膨胀珍珠岩吸声砖、陶土吸声砖多用于砌筑界面较大的消声装置。板材珍珠岩吸声装饰板质轻、不燃、保温、隔热。泡沫材料泡沫塑料聚氨酯泡沫塑料、尿醛泡沫塑料吸声性能不稳定，吸声系数使用前需实测其他吸声型泡沫玻璃强度高、防水、不燃、耐腐蚀加气混凝土微孔不贯通，使用少常用吸声材料的使用情况5.3共振吸声结构特点：低频吸收性能好；装饰性强；强度足够；声学性能易于控制。5.3共振吸声结构5.3.1共振吸声机理5.3.2常用共振吸声结构5.3.1共振吸声机理5.3.1共振吸声机理等效声阻抗：)1(aaaaCMjRZ共振频率：dtVScf4)(205.3.2常用共振吸声结构1.空气层共振吸声结构2.薄膜吸声结构3.薄板吸声结构4.穿孔板吸声结构5.微穿孔板吸声结构1.空气层共振吸声结构1空气层厚度为0；2空气层厚度为100mm；3空气层厚度为300mm。2.薄膜吸声结构系统共振频率：空气层膜状材料LMLMcf0020060021吸声频带：200-1000Hz，吸声系数：0.353.薄板吸声结构系统共振频率：0020021MKLMcf吸声频带：80-300Hz，吸声系数：0.2-0.5薄板厚度：3-6mm空气层厚度：3-10cm材料与构造空气层厚度（cm）各频率下的吸声系数αT125Hz250Hz500Hz1000Hz2000Hz4000Hz三合板，龙骨间距45cm×45cm50.210.730.210.190.080.12100.590.380.180.050.040.08五合板，龙骨间距50cm×45cm50.110.260.150.040.050.10100.360.240.100.050.060.16草纸板，板厚2cm，龙骨间距45cm×45cm50.150.490.410.380.510.64100.50